[发明专利]一种球形氧化铝基疏水臭氧催化氧化催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种球形氧化铝基疏水臭氧催化氧化催化剂及其制备方法与应用，其制备方法包括以下步骤：(1)将含碳氟键的硅烷类试剂与有机溶剂混合均匀，得到改性溶液；(2)将预处理后的氧化铝基臭氧催化氧化催化剂料球完全或部分浸渍于步骤(1)制备的改性溶液中；(3)对步骤(2)处理后的氧化铝基臭氧催化氧化催化剂料球进行加热干燥处理，得到所述的球形氧化铝基疏水臭氧催化氧化催化剂。本发明通过上述方法处理后的臭氧催化氧化催化剂可有效阻隔易结垢物质与催化剂表面的接触，同时通过表面改性层与臭氧的强相互作用，可提高臭氧氧化效率与臭氧的利用率，在臭氧催化氧化反应中表现出良好的催化效果及抗污染性能。

技术领域

本发明涉及催化剂制备及污水处理技术领域，具体涉及一种球形氧化铝基疏水臭氧催化氧化催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

芬顿、类芬顿、光催化、电催化、臭氧氧化和臭氧催化氧化等高级氧化工艺已被广泛应用于处理工业废水，用以深度降解废水中有机物。其中臭氧催化氧化工艺适用范围最广、稳定性最高和综合成本最低，市场前景广阔。但在臭氧催化氧化工艺运行过程中，废水中钙、镁、硅离子浓度高以及水质波动大等问题，极易导致催化剂表面被无机或有机污染物包覆，进而影响催化剂性能，缩短催化剂使用寿命。

为避免催化剂因污染物包覆导致的催化剂性能下降，提高催化剂使用寿命，可通过增加预处理单元的方式，降低废水中的钙、镁、硅浓度，以延缓催化剂表面的结垢，但仍然无法完全去除水中无机盐，避免催化剂结垢污染的问题。受自然界中荷叶、芋头叶和芭蕉叶等超疏水性质的启发，在无外力条件作用的情况下，便能实现表面的自清洁，保持洁净不受污染。通过催化剂表面涂覆适宜疏水材料的方式，在催化剂表面与水相的废水间形成一层气相膜，阻隔易结垢物质与催化剂表面的接触，实现完全解决结垢的问题。

目前适用于粒径为3-5mm的氧化铝基臭氧催化氧化催化剂的表面疏水处理的方法有以下两种：(1)以甲苯为溶剂，正辛基三甲氧基硅烷为疏水剂，通过回流加热的方式，且在氮气保护气的氛围中，实现疏水剂的与氧化铝球表面的化学键连接(郑扬.毫米级氧化铝多孔微球担载Keggin型多酸复合材料的制备及催化性能研究[D].北京化工大学,2015.)；(2)以氨水、乙醇和水作为溶剂，三甲氧基十六烷基硅烷和3-巯丙基三甲氧基硅烷作为复合疏水剂，在三口烧瓶中搅拌24h，将疏水剂键连到氧化铝球的表面(林芳.5-羟甲基糠醛合成中γ-氧化铝基催化剂的制备与性能研究[D].天津大学,2019.)。这两种方法所需试剂毒性大、反应条件要求较为苛刻或处理时间长。此外，这几类疏水剂含有较长直连烷基，易被臭氧氧化导致疏水剂的改性失效，因此上述改性处理制备的材料均不适用于臭氧催化氧化领域。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种球形氧化铝基疏水臭氧催化氧化催化剂及其制备方法与应用，采用含碳氟键的硅烷类试剂为疏水改性剂，对球形氧化铝基臭氧催化氧化催化剂进行改性处理，利用碳氟键的强化合键作用，保护疏水剂接枝后不被氧化，同时通过疏水剂与臭氧的强相互作用，提高臭氧在三相界面的浓度，从而提高催化效率。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

本发明第一方面提供了一种球形氧化铝基疏水臭氧催化氧化催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将含碳氟键的硅烷类试剂与有机溶剂混合均匀，得到改性溶液；

(2)将预处理后的氧化铝基臭氧催化氧化催化剂料球完全或部分浸渍于步骤(1)制备的改性溶液中；

(3)对步骤(2)处理后的氧化铝基臭氧催化氧化催化剂料球进行加热干燥处理，得到所述的球形氧化铝基疏水臭氧催化氧化催化剂。

进一步地，步骤(1)中，所述改性溶液中含碳氟键的硅烷类试剂的质量占比为2％-10％；所述含碳氟键的硅烷类试剂为三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷、1H,1H,2H,2H-全氟十七烷三甲基氧硅烷、1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷、1H,1H,2H,2H-全氟葵基三甲氧基硅烷中的一种或多种。